重庆大学移动通信系统实验报告Word下载.docx

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重庆大学

一、实验目的：

1.熟悉ADS软件的使用、能用该软件进行原理图设计和原理图仿真。

2.了解发射机、接收机的结构及工作原理；

3.掌握利用ADS中行为级模块进行系统级仿真的方法，使用如滤波器、放大器、混频器等行为级的功能模块搭建收发信机系统。

4.运用S参数仿真、交流仿真、谐波平衡仿真、瞬态响应仿真等仿真器对收发信机系统的各种性能参数进行模拟检测。

二、实验原理：

1.接收机

接收机将通过信道传播的信号进行接收，提取出有用信号。

接收机一般具有接收灵敏度、选择性、交调抑制、噪声系数等性能参数。

接收机的实现架构可分为：

超外差、零中频和数字中频等。

接收机各部分的作用和要求如下：

1射频滤波器1（FPFilter1）

●选择信号频段、限制输入信号带宽、减小互调失真。

●抑制杂散信号，避免杂散响应。

●减少本振泄漏，在频分系统中作为频域相关器。

2低噪声放大器（LNA）

●在不使接收机线性度恶化的前提下提供一定的增益。

●抑制后续电路的噪声，降低系统的噪声系数。

3射频滤波器2（FPFilter2）

●抑制由低噪声放大器放大或产生的镜频干扰。

●进一步抑制其他杂散信号。

●减少本振泄漏。

4混频器（Mixer）

●将射频信号下变频为中频信号。

●是接收机中输入射频信号最强的模块，其线性度极为重要，同时要求较低的噪声系数。

5本振滤波器（InjectionFilter）

●滤除来自本振的杂散信号。

6本振信号源（LO）

●为接收机提供本地振荡信号。

7中频滤波器（IFFilter）

●抑制相邻信道的干扰，提供选择性。

●滤除混频器产生的互调干扰。

●如果存在第二次变频，需要抑制第二镜频。

8中频放大器（IFAMP）

●将信号放大到一定的幅度，供后续电路（如数模转换器或解调器）处理。

●通常需要较大的增益并实现增益控制。

2.发射机

发射机是一个非常重要的子系统，无论是语音、图像，还是数字信号，要利用电磁波传送到远端，都必须使用发射机产生信号，然后经调制放大送到天线。

发射机一般具有频率、带宽、功率、辐射杂散等性能指标参数，发射机的实现架构可分为：

3.采用级联耦合微带线带通滤波器

使用0.25个导波波长耦合谐振器构成的微带带通滤波器

三、实验技术指标：

1．微波带通滤波器

切比雪夫带通滤波器阶数：

4、5

中心频率：

2140MHz

3dB带宽：

80MHz

阻带带宽：

400MHz

带外衰减：

25dB

通带波纹：

0.1dB

插入损耗：

1dB

2．低噪声放大器

增益：

21dB

噪声系数：

2dB

3．信号源（交流功率源）

端口：

1输出阻抗：

50

功率方程：

P=polar（dbmtow（RF_pwr）,0）变量RF_pwr

频率：

变量RF_freqMHz

4．混频器

边带：

LOWER

转换增益：

10dB

NF：

13dB

5、本振本振频率和输入信号频率一致。

6、移相器和功分器

四、实验内容：

1.发射机仿真电路原理图

这里发射机的设计方案将调制和上变频分开，先在较低的中频（10.7MHz）上调制，原理图中就以调制器的输出为发射机射频前端的输入，然后经中频放大器放大（增益为5dB）再将其上变频搬移到发射的载频（1950MHz）上。

二次上变频后必须再通过一个带通滤波器滤除其中的一个不必要的边带，然后经功放放大到发射机需要的发射功率电平上，最后经过一个带通滤波器滤波后发射。

这里所用的两个带通滤波器一个设定为4阶切比雪夫带通滤波器，一个设定5阶的，插入损耗分别为-1dB和-2dB。

上变频器的变频损耗为-6dB，另外我们取振荡器输出功率为+13dB，本振频率为1960.7MHz。

输入为1.5dBm的交流信号。

2.零中频接收机频带选择性仿真

3.零中频接收机信道选择性仿真

信道选择功能主要由中频滤波器完成，对于这里的直接下变频方案就要靠基带低通滤波器来实现，仿真的电路图就是整个零中频接收机系统的原理图。

4.零中频接收机系统预算增益仿真

仿真会在接收机总增益最大和最小两种情况下进行以得到较为全面的分析结果。

当VGA增益为最大值66dB时，信号源的功率电平为接收机的灵敏度-108dBm（已考虑了天线双工器的损耗），反之，当VGA的增益最小时，信号源应输入接收机所能接收的最大功率。

这些参数的变化都要在VAR中反映出来。

5.零中频接收机的下变频分析

这里仿真主要是看到接收机是如何将射频信号的频谱搬移到零频的，也就是接收机的频域响应特性。

这里使用的是谐波平衡仿真（HarmonicBalanceSimulation，HBSimulation），在接收机输入端插入一个载频为2140MHz，电平为-40dBm的交流信号作为信源，同样的，本地振荡器也使用交流功率信号源。

另外将输入、输出端进行编辑，分别命名为Vin、Vout_i和Vout_q

6.外差式接收机及本振输出功率对接收机性能的影响分析

整个外差式接收机结构和零差式基本相同，区别在于输出信号不再是零频的基带信号，而是中频信号，这里我选择中频为318MHz。

相应的本振频率要改为1822MHz；

仍通过下变频部分将信号分为I/Q两路，混频器后面不再是基带处理而是中频处理部分，而是采用切比雪夫5阶带通滤波器进行信道选择，具体参数见图；

中频处理部分滤波器变为：

7.采用级联耦合微带线带通滤波器

（1）根据中频处理部分滤波器的参数，此处选择通带波纹为0.01dB,5阶的切比雪夫低通原型；

（2）确定归一化带宽、上边带和下边带。

根据滤波器特性对上、下边带以及中心频率的要求，可以确定其分数带宽为：

；

（3）根据分数带宽、低通原型计算导纳变换器的值。

，

（4）根据下面的公式计算奇模、偶模阻抗

，

（5）根据lincalc工具计算耦合微带线的尺寸

五、实验结果分析

1.发射机的预算增益仿真结果

2.零中频接收机的频带选择性仿真结果

接收机在频带选择滤波器的中心频率拥有20dB的最大增益，也就是LNA的增益减去微波带通滤波器的插入损耗。

在偏离中心频率120MHz处可得到25dB左右的衰减。

接收机射频前端的接收带宽为6MHz，和WCDMA系统对移动终端下行链路的要求是相吻合的，而且通带内的波动不超过0.125dB。

3.零中频接收机信道选择性仿真结果

从图中可以看到，中心频率2.14GHz处的增益为96dB，为系统的最大增益；

邻道抑制达到了49.386dB，优于设计目标；

通频带宽为3MHz，一般接收的信息都集中在离中心频率2MHz的范围内，因此不会导致接收到的信号产生较大的失真；

通带内的波动不大于0.15dB。

4.零中频接收机预算增益仿真结果

进行仿真后将Y轴设为BudGain，但图中并没有任何曲线生成，而如果在Y轴的BudGain后键入[0]后，增益预算曲线就出现了，这是因为预算增益仿真必须明确指定频率，这里只有唯一的频率2.14GHz，也就是频率数组中的第1个，故[0]是必须的。

我们将两次仿真的结果在一个图中表示出来，可以清楚地看到接收机在VGA增益最大和最小的情况下整机增益的分配情况。

5.零中频接收机下变频分析

6.本振输出功率对接收机性能的影响分析

1）中频输出功率随本振输出功率的变化

如图，输出功率电平开始随本振输出功率的增加逐渐增大，当本振功率大于0dBm之后，输出功率逐渐稳定在22dB左右

2）整机增益随本振功率的变化

结果与输出功率是相一致的，也是必须有足够的本振功率输出才能使增益达到稳定的最大值。

3）接收机的噪声系数随本振输出功率的变化

由图得，接收机的噪声系数是随本振信号增大递减的，本振输出达到0dBm以上时，它才会逐渐稳定在最小值，使接收机的噪声性能达到最优。

6.采用级联耦合微带线带通滤波器仿真结果

由图可以看出，跟行为级功能模块的切比雪夫带通滤波器相比，采用级联耦合微带线所设计的带通滤波器同样达到了设计要求。

六、设计心得和总结

这里的仿真没有用到很具体的电路元件，而是使用一个个的行为级功能模块，直接按设计要求对其参数进行设定，然后对整机方案的各种特性进行仿真。

对系统级设计而言，这确实是一种十分简捷易行的做法，它直接用行为级和功能级的角度去研究分析系统性能，这就相当于只需把已经封装好的模块拿来用，而不必去考虑其内部具体的电路构成是怎样的。

尤其在具体方案实现前进行设计的可行性分析这样不必涉及具体电路实现的情况下，就更显其独特的优越性和重要性。

而且对于像ADS这样功能足够强大的仿真软件而言，可以对系统的各种特性进行全面的模拟，所以这里我尽量做到对系统的不同方面指标、性能进行仿真。

另一方面，系统级仿真的优点也恰恰是其局限之处，在不考虑系统各个模块内部实现的情况下，如何设置参数才能尽量完整、真实、客观的仿真出所需的结果就成为系统级仿真所面临的一大挑战。

毕竟，与真实情况相去甚远的仿真结果是没有什么实际意义的，因此如何全面正确的使用仿真模块所提供的参数，甚至自己设计仿真参数，以及如何构建出一个尽量真实客观的仿真环境就显得尤为重要。

在最后由于精力有限，此处只采用了在《射频电路设计基础》中所学的采用级联耦合微带线所设计的带通滤波器来说明各功能模块的实现，而实际上在发射机、接收机中功放、混频器等模块同样可采用对应的方法设计，像低噪声放大器就可采用等噪声圆，再选取最小噪声系数点，以此设计对应的匹配网络，就可设计出低噪声放大器。

《移动通信系统》这门课总共做了四次实验，总的来说，收获也是十分巨大。

在我上学期已先修过《微波技术基础》和《射频电路设计基础》的基础之上，让我也对ADS这让种强大的通信系统仿真软件有了更多的了解，对于设计通信模式，基站等有了很大的理论基础。

通过从频域和时域电路仿真到电磁场仿真的全套仿真技术。

对于老师给出的10次实验，仔细了解了其仿真结果，对于其中的设计原理也有了深入的体会。

希望在接下来的课程考试中有个比较好的发挥，为这门课划上一个圆满的句号。

七、参考书籍

1.《微波电路设计》，韩庆文、陈世勇、陈建军编著，清华大学出版社。

2.《ADS应用详解-射频电路设计与仿真》，陈艳华、李朝晖、夏玮编著，人民邮电出版社。

3.《移动通信原理》，吴伟陵、牛凯编著，电子工业出版社。

4.《通信原理》，韩庆文、叶蕾、蒲秀娟、蒋颖编著，电子工业出版社。